第 14 课 PostgreSQL 数据存储结构

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PostgreSQL 数据存储结构分为：逻辑储存和物理存储

  • 逻辑存储结构是KingbaseES内部的组织和管理数据的方式。
  • 物理存储结构是操作系统中组织和管理数据的方式。
  • 逻辑存储结构适用于不同的操作系统和硬件平台。
  • 逻辑存储结构和物理存储结构是分别进行管理。
    • 逻辑结构包括
  • 数据库集群-Database cluster
  • 数据库-Database
  • 表空间-tablespace
  • 数据库在逻辑上分成多个存储单元，称作表空间。
  • 表空间用作把逻辑上相关的结构放在一起。
  • 数据库逻辑上是由一个或多个表空间组成。
  • 新创建的数据库默认创建下面的表空间：
  • Catalog表空间 存放系统表信息
  • System表空间 存放用户数据
  • Temp表空间
    • 用来记录数据库集群的状态信息，如：版本信息、集群所管理的各种文件信息、检查点信息、事务状态信息等。
  • 日志文件：data/REDOLOG
    记录数据修改操作的日志，用于系统发生故障时进行数据恢复。
  • 临时文件：data/DB
    存放数据库进行计算的过程中，生成的各种中间对象，如排序运算的外存归并单元。
  • 参数文件：data目录下
    • 数据文件结构
  • 控制页面：控制页面用来管理这些数据页面。

    • 数据库共享缓存中的空间划分也是按页为基本单位, 一个页的大小与数据文件中页的大小一致, 这样便于整页读取数据文件,并放入到数据库Buffer中, 从Buffer写入数据文件也同理，保证了缓存与数据文件结构和内容上的一致性。

    页面的寻址

  • 数据页面是由一个Uint32的变量寻址。前 11 位表示 fileid, 后 21 位表示文件内偏移。
    • Block（块）

    概念上基本等同于Page, 但Block更多用于说明DMS中对数据文件中Page的描述。

  • 例如: 对文件的读写的操作, 文件读写位置的定位, 数据文件空间回收等操作, 单位均是以块进行。
  • 数据块的大小在系统初始化时指定，默认是8K，可以取值4K,8K,16K,32K。
    • Extent（区）

    把数据文件中8个连续的Page构成的空间称为一个Extent。Extent是数据库进行数据文件空间分配/释放的基本单位。每个表、索引、序列对象都是由若干个区组成。数据文件被创建后，除自动保留部分区作为控制区外，其他区全部处于未分配状态。表、索引、序列对象的所有数据都存放在Extent中，当向这些Extent中插入数据时，若该Extent的所有页面都已占满，系统就会自动在所属表空间的数据文件中寻找一个尚未分配的区，并将其状态修改为数据区。

  • 用于空间管理的控制页面：PFS/GAM/IAM。
  • 用于增量备份的控制页面：DCM。
  • 判断可见性的控制页面：VM。
  • 预留的控制页面：BCM/SGAM。

    • Page Free Space,简称PFS页.

  • 功能：用于记录本数据文件中页面的空间使用情况。对文件中的每个页面，PFS中都有一个“字节”与之对应，该字节记录了该页面的状态。
  • 每个页面可能有三种状态 :

    • PFS_FREE：该页面已被物理分配，但尚未分配给任何数据对象或控制页；
    PFS_DATA：该对象被分配作为数据页使用；
    PFS_CTRL：该对象被分配作为控制页使用；

  • PFS页前64bytes被预留为页头, 剩下8 1024-64=8128一共覆盖8128 8K=64MB空间.
    故PFS页每隔8128个页面出现一次, 系统初始化把第一个PFS页放在数据文件的第二个页面位置,即:第1号数据页面, 由此可知,第N个PFS页的位置在8128*N+1.

    Global Allocation Map，简称GAM页。

  • 功能:记录所在数据文件的Extent的分配情况，GAM页中除GAM头外,剩下空间的每一位(bit)均对应一个Extent的分配情况。若某bit位为1，则表明该bit位所关联的Extent已被分配出去,反之未被分配。
  • 若一个GAM页面大小为8K,则除GAM头(64 bytes)外,一个GAM页面所能覆盖的文件范围是: (8 1024-64) 8 (8 8K),约4GB空间。此外，GAM页每隔8 8128 8个页面出现一个，系统要求第一个GAM页出现在文件的第3个页面位置(即:第2个索引位置),由此得知,第N个GAM页的出现位置是: 8 8128 8*N+2

    Index Allocation Map，简称IAM页。

  • 功能：每个IAM页只隶属于一个数据库对象(例如:表),但一个数据库对象可包含多个IAM页,由此可见IAM页与数据库对象的关系是1对1，而数据库对象与IAM页的关系是1对多.
  • IAM的结构与GAM页类似,除IAM头外,剩下空间的每一位(bit)均对应着一个与IAM相关的Extent。若某bit位为1，则表明该bit位所关联的Extent已被分配给该IAM,反之未被分配。若一个IAM页面大小为8K,则除IAM头(64 bytes)外,一个IAM页面所能覆盖的文件范围是: (8 1024-64) 8 (8 8K),约4GB空间。但与GAM也不同之处在于:IAM的出现位置不固定,只在在创建数据库对象的时候才分配。